来源：物理评论 X （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevX.14.041050

来自 RIKEN 量子计算中心和东芝的研究人员成功地构建了一个基于双跨蒙耦合器 （DTC） 的量子计算机门，该耦合器在理论上被提议作为一种可以显着提高量子门保真度的设备。

利用这一点，他们为称为 CZ 门的双量子比特设备实现了 99.92% 的保真度，为单量子比特门实现了 99.98% 的保真度。作为 Q-LEAP 项目的一部分，这一突破不仅提高了现有噪声中尺度量子 （NISQ） 设备的性能，还有助于通过有效的量子纠错为实现容错量子计算铺平道路。

DTC 是一种新型的可调谐耦合器，由两个固定频率的 transmon（一种对电荷产生的噪声相对不敏感的量子比特）组成，通过带有附加 Josephson 结的环路耦合。它的架构解决了量子计算中最紧迫的挑战之一：开发以高保真方式连接量子比特的硬件。

高门保真度对于最大限度地减少错误和提高量子计算的可靠性至关重要，DTC 方案通过实现抑制残差相互作用和快速高保真双量子比特门操作而脱颖而出，即使对于高度失谐的量子比特也是如此。

尽管单量子比特门的保真度已达到 99.9%，但双量子比特设备的故障率通常为 1% 或更高，这主要是由于量子比特之间的交互（称为 ZZ 交互）。

目前发表在《物理评论 X》上的工作的一个关键是使用最先进的制造技术建造一个门，使用一种称为强化学习的机器学习。这种方法使研究人员能够将 DTC 的理论潜力转化为实际应用。

他们使用这种方法在系统内保留的两种类型的剩余误差（泄漏误差和退相干误差）之间实现平衡，并选择 48 纳秒的长度作为两个误差源之间的最佳折衷。多亏了这一点，他们才能够达到该领域报道的最高保真度水平。

RIKEN 量子计算中心主任 Yasunobu Nakamura 表示：“通过降低量子门的错误率，我们使更可靠、更准确的量子计算成为可能。这对于容错量子计算机的开发尤为重要，而容错量子计算机是量子计算的未来。

“该设备能够有效地使用高度失谐的量子比特，使其成为各种量子计算架构的多功能且具有竞争力的构建模块。

“这种适应性确保它可以集成到现有和未来的超导量子处理器中，从而提高它们的整体性能和可扩展性。未来，我们计划尝试实现更短的栅极长度，因为这可以帮助最大限度地减少非相干误差。

更多信息：Rui Li et al， 基于双 Transmon 耦合器实现高保真 CZ 门， Physical Review X （2024）.DOI： 10.1103/PhysRevX.14.041050

期刊信息： Physical Review X